OFDM系统中的定时/频率同步技术

摘要

正交频分复用技术(OFDM)由于具有较高的频谱利用效率和抗多径衰落特性，受到人们的广泛关注，并且已被应用于数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)和非对称数字用户线(ADSL)系统等领域。作为一种多载波调制技术，OFDM对定时和载波频率偏差非常敏感，因此进行精确的定时和频偏估计极为重要。
　　 近年来，人们提出了很多适用于突发OFDM系统的频率同步方法。这些方法大都是基于训练符号的频率同步算法。对于突发OFDM系统来说，接收端要求同步操作能够快速、准确地进行，因此，突发OFDM系统要求使用的训练符号个数要少，频率同步算法的估计精度要高，估计范围要大。针对这些要求，人们提出了很多改进的算法，但是这些算法都有其不足之处：有的算法使用的训练符号个数较多，影响了突发系统的传输速率；有的算法虽然提高了频偏估计精度，但是估计范围有限；有的算法虽然扩大了频偏估计范围，但估计精度没有提高。针对这些问题，本文提出了一种改进的基于单个训练符号的频率同步方案。在该方案中，通过综合利用训练符号中相同重复模块的相关性和循环前缀与训练符号中第一个模块对应位置的相关性得到时域的细频偏估计，明显提高了频偏估计精度；通过峰值检测得到频域的粗频偏估计，使频偏估计范围扩大到整个信号带宽。仿真表明，在多径衰落信道下，尤其是在低信噪比(SNR)下，算法的估计精度有了明显的提高，并且当信噪比达到12dB时，该方法可以使剩余频偏限制在子载波间隔的2％以内。
　　 另外，许多频率同步算法只考虑频率同步（假设定时同步良好），而OFDM系统中的定时同步和频率同步是相互影响的，因此需要设计定时和频率的联合同步算法。目前，很多联合同步方法已经被提出，但是由于训练符号本身的结构问题，总是会影响到定时或者频率同步的精度。针对这个问题，本文提出了一种改进的定时和频率的联合同步方法。在该方法中，设计了一个新的训练符号，既具有前后相等性，又具有共轭对称性。通过利用时域训练符号中相同重复模块前后对称相关这一特性，将定时位置锁定在一段平顶的区域，然后在这段平顶区域，利用时域训练符号的共轭对称性完成定时估计。频率同步通过提取时域训练符号中相同重复模块的相位旋转得到。仿真表明，在多径信道下，该方法可以同时达到精度较高的定时同步和频率同步。